Question

(14分)乙醇汽油是被廣泛使用的新型清潔燃料，工業(yè)生產(chǎn)乙醇的一種反應(yīng)原理為：2CO(g)+4H₂ (g) CH₃CH₂OH(g)+H₂O(g)  △H=—256.1kJ·mol^—1。

已知：H₂O(l)=H₂O(g)  △H=+44kJ·mol^—1

CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)  △H=—41.2kJ·mol^—1

⑴以CO₂(g)與H₂(g)為原料也可合成乙醇，其熱化學(xué)方程式如下：

2CO₂(g)+6H₂(g)  CH₃CH₂OH(g)+3H₂O(l)  △H=      。

⑵CH₄和H₂O(g)在催化劑表面發(fā)生反應(yīng)CH₄+H₂OCO+3H₂，該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)如下表：

溫度/℃	800	1000	1200	1400
平衡常數(shù)	0.45	1.92	276.5	1771.5

①該反應(yīng)是_____反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）；

②T℃時，向1L密閉容器中投入1molCH₄和1mol H₂O(g)，平衡時c(CH₄)=0.5mol·L^—1，該溫度下反應(yīng)CH₄+H₂OCO+3H₂的平衡常數(shù)K=      。

⑶汽車使用乙醇汽油并不能減少NO_x的排放，這使NO_x的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題。某研究小組在實驗室以Ag-ZSM-5 為催化劑，測得NO轉(zhuǎn)化為N₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖。

①若不使用CO，溫度超過775℃，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因為      ；在n(NO)/n(CO)=1的條件下，應(yīng)控制的最佳溫度在      左右。

②用C_xH_y（烴）催化還原NO_x也可消除氮氧化物的污染。寫出CH₄與NO₂發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：      。

⑷乙醇-空氣燃料電池中使用的電解質(zhì)是攙雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O^2—離子。該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為      。

 

Answer 1

【答案】

⑴—305.7 kJ·mol^—1          ⑵①吸熱  ②6.75

⑶①該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)更有利于向逆反應(yīng)方向進(jìn)行   870℃

②CH₄+2NO₂→CO₂+N₂+2H₂O     ⑷CH₃CH₂OH—12e^—+6O^2—=2CO₂+3H₂O

【解析】（1）考查蓋斯定律的應(yīng)用。根據(jù)已知反應(yīng)可知，①－③×2－②即得到2CO₂(g)+6H₂(g)  CH₃CH₂OH(g)+3H₂O(l)，所以該反應(yīng)熱是－256.1kJ/mol＋41.2kJ/mol-44kJ/mol×3=-305.7kJ/mol。

（2）①隨著溫度的升高，平衡常數(shù)逐漸增大，所以正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。

②平衡時c(CH₄)=0.5mol·L^—1，所以消耗甲烷是0.5mol/L，則生成CO是0.5mol/L，氫氣是

1.5mol/L，剩余甲烷和水蒸氣都是0.5mol/L，所以平衡常數(shù)為。

（3）①應(yīng)用反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)更有利于向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，所以NO的分

解率降低。根據(jù)圖像可知，在n(NO)/n(CO)=1的條件下，溫度為870℃轉(zhuǎn)化率最高，所以

應(yīng)該控制的溫度是870℃。

②NO₂能把甲烷氧化生成CO₂、氮氣和水，方程式為CH₄+2NO₂→CO₂+N₂+2H₂O。

（4）原電池中負(fù)極失去電子，由于電解質(zhì)能傳遞O^2—離子，而在原電池中陰離子是向負(fù)極

移動的，所以負(fù)極方程式為CH₃CH₂OH—12e^—+6O^2—=2CO₂+3H₂O。